[发明专利]一种CO2反应-吸收联合装置及其在固定CO2中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种CO₂反应-吸收联合装置以及CO₂的吸收固定。

背景技术

随着社会的发展以及工业化进程的持续，化石能源（煤炭、石油和天然气等）的消耗日益显著，产生了大量的CO₂。CO₂在大气的中持续积累，不仅破坏大气的碳平衡，而且导致温室效应，影响全球的气候变化。因此近一、二十年来，世界范围内都在研究CO₂的控制排放以及CO₂ 的捕集、转化和再利用。将电厂等消耗碳矿而排放大量CO₂的排放源通过与无机盐的反应吸收最终以矿物盐的形式固定下来，既可实现回归大自然的途径（谓之CO₂的矿物封存），也可对生成的矿物盐进行综合利用，这方面近年来得到人们的高度关注。比如，利用天然的富镁矿或盐卤矿可以获得含镁盐溶液。烟气中的CO₂被含镁盐溶液反应-吸收后，可以将CO₂排放源有效地固定下来。这里，涉及到CO₂与含镁盐溶液的高效反应吸收问题。从表观上看，Mg²⁺ + CO₃^2- ? MgCO₃ ˉ 看似十分简单，但实际上往镁盐溶液中简单地通入CO₂很难生成MgCO₃沉淀，这是因为溶液中CO₃^2-的浓度很低，而且随着CO₂的持续通入，溶液更偏酸性，MgCO₃沉淀的析出更加困难。因此在反应吸收时必须要仔细考虑反应吸收液的酸碱性调节（pH值调节）。在有碱液调节pH的情形下（比如使用氨水），涉及到的反应事实上包括以下四个：

(1) MgCl₂ + CO₂ + NH₃×H₂O ? MgCO₃ ˉ + NH₄Cl

(2) Mg(OH)₂ + CO₂  ? MgCO₃ ˉ + H₂O

(3) MgCl₂ + NH₃×H₂O ? Mg(OH)₂ ˉ + NH₄Cl

(4) CO₂ + NH₃×H₂O ? (NH₄)₂CO₃ + H₂O

其中反应(1)和(2)是希望的反应，(3)和(4)是不希望的副反应。因此有效地抑止或减弱副反应(3)和(4)是本发明的核心内容。而控制合适的溶液酸碱度是实现镁盐吸收转化CO₂的关键因素，因为若溶液介质中碱度过大，副反应(3)和(4)的程度就高，镁盐沉淀转化CO₂的效率就很低，因为Mg(OH)₂沉淀一经生成，它与CO₂的反应实际上很慢。当然，CO₂可以由氨水直接吸收，但氨水难以输运，对人体和环境的影响程度高，大规模应用时受环境法规的制约大，而且氨具有腐蚀性，对相关设备的要求也高。因此本发明将最大程度地减少氨水的使用量同时最大程度地提高镁盐与CO₂的反应程度。生成的高纯度MgCO₃可以用作高级填充材料、耐温材料、固化剂、添加剂等得到二次应用。本发明通过系统地调变CO₂流量、浓度、鼓泡程度；调变镁盐溶液的浓度、加入方式、氨水的加入量、加入方式等不同反应条件，系统地比较CO₂的反应吸收效率与镁盐利用率，实现对CO₂吸收率及Mg盐利用率的优化。通过一系列试验，摸清CO₂与含镁溶液的反应规律，找出动力学控制因素，为大规模应用奠定基础。

发明内容

基于上述考虑，本发明的技术方案如下：

一种CO₂反应-吸收联合装置，它主要由三部分组成: